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रसायन विज्ञान में, ए उत्प्रेरक एक ऐसा पदार्थ है जो प्रतिक्रिया में उपभोग किए बिना एक प्रतिक्रिया की दर को तेज करता है। किसी भी प्रतिक्रिया जो उत्प्रेरक का उपयोग करती है, उसे करार दिया जाता है कटैलिसीस। रसायन विज्ञान सामग्री पढ़ते समय इस भेद के बारे में सावधान रहें; एक उत्प्रेरक (बहुवचन "उत्प्रेरक") एक भौतिक पदार्थ है, लेकिन कटैलिसीस (बहुवचन "उत्प्रेरक") एक प्रक्रिया है।
उत्प्रेरकों के प्रत्येक वर्ग का अवलोकन विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान को सीखने और आणविक स्तर पर क्या होता है, जब आप पदार्थों को एक साथ मिलाते हैं और प्रतिक्रिया होती है, तो यह समझने में एक सहायक प्रारंभिक बिंदु है। उत्प्रेरक और उनसे जुड़ी उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं तीन मुख्य प्रकारों में आती हैं: सजातीय उत्प्रेरक, विषम उत्प्रेरक और जैव-रासायनिक (आमतौर पर एंजाइम कहा जाता है)। कम आम लेकिन फिर भी महत्वपूर्ण प्रकार की उत्प्रेरक गतिविधियों में फोटोकैटलिसिस, पर्यावरण उत्प्रेरक और ग्रीन उत्प्रेरक प्रक्रियाएं शामिल हैं।
उत्प्रेरक के सामान्य लक्षण
अधिकांश ठोस उत्प्रेरक धातुएं हैं (जैसे, प्लैटिनम या निकल) या निकट-धातु (जैसे, सिलिकॉन, बोरान और एल्यूमीनियम) जैसे ऑक्सीजन और सल्फर जैसे तत्व। उत्प्रेरक जो तरल या गैस चरण में हैं, उनमें एकल तत्व शामिल होने की अधिक संभावना है, हालांकि उन्हें सॉल्वैंट्स और अन्य सामग्री के साथ जोड़ा जा सकता है, और ठोस उत्प्रेरक के रूप में जाना जाता है ठोस या तरल मैट्रिक्स के भीतर ठोस उत्प्रेरक का प्रसार किया जा सकता है।
उत्प्रेरक कम करके प्रतिक्रियाओं को गति देते हैं सक्रियण ऊर्जा इए एक प्रतिक्रिया जो उत्प्रेरक के बिना आगे बढ़ेगी, लेकिन कहीं अधिक धीरे-धीरे। इस तरह की प्रतिक्रियाओं में एक उत्पाद या उत्पाद होते हैं जो अभिकारक या अभिकारकों की तुलना में कम कुल ऊर्जा वाले होते हैं; क्या यह मामला नहीं था, ये प्रतिक्रियाएं बाहरी ऊर्जा को जोड़े बिना नहीं होंगी। लेकिन उच्च ऊर्जा अवस्था से निम्न ऊर्जा अवस्था में जाने के लिए, उत्पादों को पहले "कूबड़ के ऊपर" प्राप्त करना चाहिए, ताकि "कूबड़" ई बन जाए।ए। संक्षेप में उत्प्रेरक प्रतिक्रिया-ऊर्जा मार्ग के साथ धक्कों को सुचारू करते हैं, जिससे अभिकारकों को प्रतिक्रिया के लिए "हिलटॉप" की ऊंचाई कम करके ऊर्जा को प्रतिक्रिया के "डाउनस्लोप" में लाना आसान हो जाता है।
रासायनिक प्रणालियों में सकारात्मक और नकारात्मक उत्प्रेरक के उदाहरण हैं, जो प्रतिक्रिया की दर में तेजी लाने के लिए पूर्व नकारात्मक प्रवृत्ति और उन्हें धीमा करने के लिए नकारात्मक उत्प्रेरक की सेवा करते हैं। वांछित परिणाम के आधार पर दोनों लाभप्रद हो सकते हैं।
उत्प्रेरक रसायन विज्ञान
उत्प्रेरक अपने कार्य को अस्थायी रूप से या अन्यथा रासायनिक रूप से अभिकर्मकों में से एक को संशोधित करने और इसके भौतिक रूपांतर, या त्रि-आयामी आकार को बदलने के द्वारा करते हैं, जो कि अभिकारक या अभिकारकों के लिए उत्पादों में से एक में परिवर्तित होना आसान बनाता है। कल्पना कीजिए कि एक कुत्ता है जो कीचड़ में लुढ़का हुआ है और उसे अंदर आने से पहले साफ होना चाहिए। कीचड़ अंततः कुत्ते को खुद से दूर कर देगा, लेकिन अगर आप कुछ ऐसा कर सकते हैं जो कुत्ते को यार्ड स्प्रिंकलर की दिशा में उड़ा दे, ताकि कीचड़ जल्दी से अपने फर से उड़ जाए, तो आप एक "उत्प्रेरक" के रूप में प्रभावी रूप से काम करेंगे। "डॉग-टू-डॉग टू क्लीन-डॉग" प्रतिक्रिया।
सबसे अधिक बार, प्रतिक्रिया के किसी भी सामान्य सारांश में नहीं दिखाया गया एक मध्यवर्ती उत्पाद एक अभिकारक और उत्प्रेरक से बनता है, और जब इस परिसर को एक या एक से अधिक अंतिम उत्पाद में बदल दिया जाता है, तो उत्प्रेरक को पुन: उत्पन्न किया जाता है जैसे कि किसी भी चीज के साथ कभी नहीं हुआ था इसको बिलकुल भी नहीं। जैसा कि आप जल्द ही देखेंगे, यह प्रक्रिया विभिन्न तरीकों से हो सकती है।
सजातीय कटैलिसीस
एक प्रतिक्रिया पर विचार किया जाता है सजातीय रूप से उत्प्रेरित जब उत्प्रेरक और अभिकारक (एस) एक ही भौतिक अवस्था या चरण में हों। यह सबसे अधिक बार गैसीय उत्प्रेरक-अभिकारक जोड़े के साथ होता है। सजातीय उत्प्रेरक के प्रकारों में कार्बनिक अम्ल शामिल होते हैं जिनमें दान किए गए हाइड्रोजन परमाणु को किसी धातु द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, कई प्रकार के मिश्रित कार्बन और धातु के तत्व किसी न किसी रूप में होते हैं, और कार्बोनिल यौगिक कोबाल्ट या लोहे से जुड़ जाते हैं।
तरल पदार्थ युक्त इस प्रकार के कटैलिसीस का एक उदाहरण आयन और आयोडीन को सल्फेट करने के लिए पिपुलेट और आयोडाइड आयनों का रूपांतरण है:
एस2हे82- + 2 मैं- → 2 एसओ42- + मैं2
इस प्रतिक्रिया के अनुकूल ऊर्जावान होने के बावजूद अपने दम पर आगे बढ़ने में मुश्किल समय होगा, क्योंकि दोनों अभिकारकों को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है और इसलिए उनके इलेक्ट्रोस्टैटिक गुण उनके रासायनिक गुणों के विरोध में हैं। लेकिन अगर लोहे के आयन, जो एक सकारात्मक चार्ज करते हैं, को मिश्रण में जोड़ा जाता है, तो लोहे नकारात्मक चार्ज को "विचलित" करता है और प्रतिक्रिया जल्दी से आगे बढ़ती है।
एक स्वाभाविक रूप से होने वाली गैसीय सजातीय कटैलिसीस ऑक्सीजन गैस या O का रूपांतरण है2ओजोन, या हे के वातावरण में3, जहां ऑक्सीजन कट्टरपंथी (ओ)-) मध्यवर्ती हैं। यहाँ, सूर्य से पराबैंगनी प्रकाश ही सही उत्प्रेरक है, लेकिन प्रत्येक भौतिक यौगिक एक ही (गैस) अवस्था में है।
विषम कटैलिसीस
एक प्रतिक्रिया पर विचार किया जाता है पूरी तरह से उत्प्रेरित जब उत्प्रेरक और अभिकारक (एस) अलग-अलग चरणों में होते हैं, तो उनके बीच इंटरफेस में होने वाली प्रतिक्रिया के साथ (सबसे अधिक, गैस-ठोस "सीमा")। अधिक सामान्य विषम उत्प्रेरक में से कुछ में अकार्बनिक - अर्थात् गैर-कार्बन युक्त - ठोस तत्व जैसे कि मौलिक धातु, सल्फाइड और धातु के लवण, साथ ही साथ कार्बनिक पदार्थों का एक चापलूसी, उनमें हाइड्रोफाइड्स और आयन एक्सचेंजर्स शामिल हैं।
Zeolites विषम उत्प्रेरक का एक महत्वपूर्ण वर्ग है। ये क्रिस्टलीय ठोस पदार्थ हैं जो SiO की दोहराई जाने वाली इकाइयों से बने होते हैं4। इनमें से चार अणुओं की इकाइयाँ अलग-अलग वलय और पिंजरे संरचनाओं से जुड़ी होती हैं। क्रिस्टल में एक एल्यूमीनियम परमाणु की उपस्थिति एक चार्ज असंतुलन पैदा करती है, जो एक प्रोटॉन (यानी, हाइड्रोजन आयन) द्वारा ऑफसेट होती है।
एंजाइमों
एंजाइम प्रोटीन होते हैं जो जीवित प्रणालियों में उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं। इन एंजाइमों में सब्सट्रेट बाइंडिंग साइट या सक्रिय साइट नामक घटक होते हैं, जहां उत्प्रेरक के तहत प्रतिक्रिया में शामिल अणु संलग्न हो जाते हैं। सभी प्रोटीन के घटक भाग अमीनो एसिड होते हैं, और इनमें से प्रत्येक व्यक्तिगत एसिड में एक छोर से दूसरे छोर तक असमान चार्ज वितरण होता है। यह गुण मुख्य कारण एंजाइमों के पास उत्प्रेरक क्षमता है।
एंजाइम पर सक्रिय साइट सब्सट्रेट (अभिकारक) के सही भाग के साथ एक साथ फिट होती है, बजाय एक लॉक में जाने वाली कुंजी की तरह। ध्यान दें कि पहले वर्णित उत्प्रेरक अक्सर भिन्न प्रतिक्रियाओं की एक सरणी उत्प्रेरित करते हैं और इसलिए रासायनिक विशिष्टता की डिग्री के पास नहीं होते हैं जो एंजाइम करते हैं।
सामान्य तौर पर, जब अधिक सब्सट्रेट और अधिक एंजाइम मौजूद होते हैं, तो प्रतिक्रिया अधिक तेज़ी से आगे बढ़ेगी। लेकिन अगर अधिक एंजाइम को जोड़ने के बिना अधिक से अधिक सब्सट्रेट जोड़ा जाता है, तो सभी एंजाइमैटिक बाइंडिंग साइट संतृप्त हो जाती हैं, और प्रतिक्रिया उस एंजाइम एकाग्रता के लिए अपनी अधिकतम दर तक पहुंच गई है। एक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित प्रत्येक प्रतिक्रिया को एंजाइम की उपस्थिति के कारण बनने वाले मध्यवर्ती उत्पादों के संदर्भ में दर्शाया जा सकता है। यह लिखने के बजाय है:
एस → पी
एक सब्सट्रेट को एक उत्पाद में रूपांतरित होने के लिए दिखाने के लिए, आप इसे इस प्रकार दर्शा सकते हैं:
ई + एस → ईएस → ई + पी
जिसमें मध्य अवधि एंजाइम-सब्सट्रेट (ES) जटिल है।
एंजाइम, हालांकि ऊपर सूचीबद्ध लोगों से अलग उत्प्रेरक की श्रेणी के रूप में वर्गीकृत किया गया है, या तो सजातीय या विषम हो सकता है।
एंजाइम एक संकीर्ण तापमान सीमा के भीतर बेहतर रूप से कार्य करते हैं, जो यह समझ में आता है कि आपके शरीर का तापमान सामान्य परिस्थितियों में कुछ डिग्री से अधिक नहीं बढ़ता है। अत्यधिक गर्मी कई एंजाइमों को नष्ट कर देती है और उनके विशिष्ट त्रि-आयामी आकार को खोने का कारण बनती है, एक प्रक्रिया जिसे विकृतीकरण कहा जाता है जो सभी प्रोटीनों पर लागू होता है।